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1、电气化铁路接触网防雷措施的探讨电气化铁路接触网防雷措施的探讨 摘要：我国铁路事业发展迅速，尤其是近些年来，国家政府对我国的铁路建设投入了巨大的人力物力，以提高铁路建设的速度，增加铁路运输的承载能力，提升列车运行速度，增强铁路运输的安全性能。然而，安全问题始终贯穿在整个铁路的发展过程中。铁路运输一旦发生事故，后果则不堪设想。防雷是保证铁路运输安全运行的重要措施，回顾铁路发展史，每个时期多多少少都会有雷电因素造成的铁路事故，轻则影响铁路运输时刻准确性，重则危及乘客人身安全，造成惨烈的交通事故。为此，防雷措施的研究显得极其重要。 关键词：铁路接触网、防雷、电气化 中图分类号：TU856文献标识码：
2、A 文章编号： 铁路运输有着速度快、运输量大、安全可靠等优点，它对于推动国家经济的建设发展有着不容忽视的作用。铁路接触网防雷事关铁路安全运营，本文就铁路接触网目前所存在的问题、当下防雷状况、相关解决措施等进行了探讨论述。 1 目前铁路接触网防雷薄弱环节 我国的铁路线路很多都分布在南部地区和东部地区，大大的带动了所经地区的经济发展。但同时，这些地区的雷电活动强烈，对铁路运行的安全提出了巨大的考验。作为铁路供电系统中重要的组成部分，牵引网工作状况对铁路正常运行有着极大的影响。当前，我国铁路系统中大多数牵引网都裸露于外界，缺少一定的防护能力。这就迫使我们不得不采取相关的防护措施，以防止供电系统遭到意
3、外破坏而引起线路烧断、跳闸等，从而影响到了铁路的正常运营。根据国家所颁布的高压输变电设备的绝缘配合标准，接触网的额定电压应为25千伏，整个铁路的防雷绝缘体系设定值应为35千伏。 目前我国铁路地理区域跨度大，并集中在雷电活动强烈的东部沿海和南部地区，如京沪高速铁路跨越上海市、江苏省和安徽省，同时接触80左右路段架设在高架桥上，接触网对地高度和收集雷击的宽度加大，遭受雷击的概率增大；绝缘配置方面，接触网绝缘水平依照普通铁路标准建设，耐雷水平只有几千安培，大于耐雷水平的雷电流出现的概率在90以上；加之接触网是无备用系统，雷击一旦形成永久性故障将造成供电区段的停运，这使得线路投运后雷害问题突出不可避免
4、。应重视接触网的防雷设计，以运输安全为目标，以系统优化、综合防护、防雷减灾的原则进行接触网防雷设计。 2 防雷概况 2.1国内防雷情况 我国防雷情况主要是依据国家有关规定，如高速铁路设计规范等，以及我国气候等特征，根据雷电日数量，将我国铁路分布区域分为了4个不同的等级，分别是少雷区、多雷区、高雷区和强雷区。其中，少雷区雷电日为20d；多雷区为20d至40d；高雷区为40d至60d；而处于60d以上的区域则为强雷区。 此外，高速铁路设计规范(试行) 第21442规定：“ 牵引网中的防雷接地装置在贯通地线上的接入点与其他设备在贯通地线的接入点间距不应小于15 m。”接触网中的防雷设备主要指接触网上
5、安装的避雷器，为减少对综合接地系统上其它电气设备(如信号设备) 的影响，防止电压通过接地网反击，应保证具有一定的地中距离使得沿接地体传播的过电压衰减到不危险的程度，按现行国家规范规定其地中距离应不小于15 m。 2.2国外防雷情况 与我国的状况不同，由于特殊的气候条件和地理位置，日本的铁路防雷情况有着不同的特点。由于处于不同的气候条件中，日本在设计铁路系统的接触网时，会考虑的铁路系统运行线路的重要程度，以及雷击的不同程度和不同频率。据此，日本将国土分为了三个区域：A区、B区和C区，以对应国土的防雷等级，而且同时规定了不同的防雷的措施。A区受到了一定的关注程度，是雷击程度严重、频率也比较高的地区
6、，因而受雷害影响也严重。日本对A区实行了全面的防雷措施，以便对铁路运输系统进行全面可靠的保护。日本将架空避雷线运用其中，A区全线采用了该种避雷线，同时，还将避雷器设置于变电所的出口处、接触网的隔离开关处、电线电缆的接头位置等等，B区所在地的铁路运输线路非常重要，而且受到雷击的影响也十分严重，日本将架空避雷线安装在部分十分需要避雷的场所，同时将避雷器也设置在了接触网的隔离开关处、电线电缆的接头位置、变电所的出口处等。C区是A、B区以外的区域，其线路重要程度一般较低，受雷击的影响程度和频率通常也较小，一般将避雷器安装在相应需要避雷的位置。 欧洲铁路防雷情况较特殊，我们在欧洲铁路运输系统中很少能够看
7、到避雷的相关装置。据有关统计，在欧洲的中部地区，接触网在收到雷击的频率为1 次/年（以100km范围计）。当接触网遭受雷电冲击时，通常会导致雷电的电压高于铁路系统供电的电压。欧洲铁路设计曾经对避雷措施做过有关考虑，但是由于欧洲地区雷电频率不是很高，再结合防护效益和经济成本，在多角度讲，大量安装避雷设备不是很适当。因此，在欧洲，只有于局部雷击频繁的地区，我们才可以看到避雷设备。 3 相关案例及新型接触网防雷措施 针对我国目前铁路接触网的薄弱环节以及国内外铁路接触网防雷状况，经有关深入研究，国家有关部门采取了相关措施，使得铁路接触网防雷状况得到了良好的改善。现已京沪铁路为例，2011年7月份，京沪
8、铁路接触网因不堪雷击，而使得铁路运营在三天内断电两次停运，究其原因如上文所述。事故发生后，有关部门对京沪铁路接触网进行了相关整改，改良了接触网的安装形式，部分路线采用了合成绝缘子等等，至此，京沪铁路接触网受雷击影响程度大大减少，至今仍正常运营。结合本案例，本文所提出铁路网防雷措施如下： （1）改良接触网安装形式 现有高速铁路一般采用A T供电方式，PW线安装位置在AF线下方。采用电气几何模型和先导发展模型计算该安装形式下接触网线路直接落雷的闪络概率，由于自然雷中90为负极性，直击雷过电压为负极性，计算中采用绝缘子一U50为闪络判据；按雷暴日为20d和40d两种情况计算( U50为绝缘子50雷电
9、冲击放电电压)。雷击闪络次数与线路的暴露宽度D（I）及地闪密度相关。线路总的暴露宽度与线路长度相乘即可获得线路的引雷面积（线路双侧乘以2 ），再乘以地闪密度即可求出线路的年雷击闪络次数，当线路长度取100k m时即可获得线路的百公里年闪络次数单位为次(100 k m年)，按有关公式进行计算。PW线位置提高后可对A F线和T线产生屏蔽，AF线和T线直接落雷(绕击) 的次数将大大降低，但是PW线落雷的雷电流幅值较高时会造成AF线和T线绝缘子反击闪络。另外AF线和T线绝缘子仍存在雷电感应闪络的可能。 （2）采用合成绝缘子 雷电造成接触网重合闸失败，供电停止的最根本原因是绝缘子受到工频续流电弧烧蚀后炸
10、裂、破损，路绝缘不能自行恢复，重合闸失败。如上所述，防止绝缘子烧蚀损坏，一是防止线路闪络和工频电弧建立，相应的措施有避雷线和避雷器；二是对工频电弧进行疏导，防止电弧在绝缘子表面燃烧，相应 的措施是安装绝缘子并联保护间隙。除了以上措施外，提高绝缘子自身的抗烧蚀能力也应加以考虑。 目前，输配电线路中采用的绝缘子有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和合成硅橡胶绝缘子，在抗烧蚀能力上合成绝缘子具有一定的技术优势。工频电弧烧蚀合成绝缘子时，硅橡胶材料受热分解成气体，喷发出气体起到一定的吹弧作用，使电弧离开绝缘子表面，另外硅橡胶材料自身在局部受热后也不会立刻炸裂， 有利于线路绝缘的恢复。合成绝缘子烧蚀过后伞群没有脱落，
11、 尚具有一定的绝缘性能，线路具备重合闸条件，而瓷绝缘子(接触网)烧蚀过后的伞群已经完全脱落。绝缘完全丧失，线路不具备重合闸成功的前提。 合成绝缘子虽然具有比瓷绝缘子更优的抗烧蚀能力，但是工频续流电弧仍对其具有一定的破坏作用。合成绝缘子在工频电化烧蚀后，硅橡胶材料的成分发生了变化，材料中遇热易分解的成分已经挥发，表面留有一层氢氧化铝，此时绝缘子本身的抗污性和增水性已经大大降低， 烧蚀部分极易在接下来的运行过程中老化破裂、脱落，给线路安全运行造成隐患。 基于以上的分析，合成绝缘子对提高线路重合闸成功概率有一定的益处，并不能完全解决线路防雷问题，建议作为其它主要防护手段的补充，在高速铁路上采用。 （
12、3）接触网防雷接地 建筑物防雷设计规范( GB50057-2011) 中规定：对于国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义且装有 大量电子设备的建筑物，应划为第二类防雷建筑物。 对于第二类防雷建筑物外部防雷装置的接地应和方闪电感应、内部防雷装置、电气和电子系统等接地共用接地装置，并应与引入的金属管线做等电位连接。高速铁路接触网支柱一般为钢支柱，接触网支柱上无论是否有避雷线或避雷器，雷击时均有可能成为雷电流的引下线，当采用综合接地系统时，几乎每根支柱与贯通地线都
13、有连接。高速铁路设计规范(试行)第21442规定：“ 牵引网中的防雷接地装置在贯通地线上的接入点与其他设备在贯通地线的接人点间距不应小于15m。”故接触网的防雷接地应充分利用铁路的综合接地。牵引供电系统的防雷与牵引供电系统的接地乃至铁路工程的综合接地系统间有着密不可分的关系，它属于系统工程。综合贯通地线具有集中接地和牵引回流功能，同时综合贯通地线是沿线电气设备的共同接地体，应在我国铁路中广泛使用。 综合接地系统的接地电阻不应大于1Q，在综合接地施工过程中及施工完成时均应实测接地电阻，如达不到要求，应采取可靠有效的降阻措施。降低接地电阻可以有效提高接触网的耐雷水平。 结束语：铁路运输对国民经济的发展有着不可忽视的影响，而雷击对铁路运输的安全性能有很高的威胁。本文针对我过铁路运输所遭受的雷击影响状况，对电气化铁路接触网防雷措施进行了一定程度的分析。目前国家对铁路运输重视程度极大，同时伴随着科学技术的快速发展，铁路接触网防雷措施应向着适应不同地区状况“因地制宜”发展，防雷设备应有着高质量的提升，接触网防雷的相关技术标准也应在探索中得到更好的完善。 参考文献： 1 刘志远;跨电气化铁路高架桥防电施工技术J;安徽建筑;2009年04期 2 于增;接触网防雷技术研究J;铁道工程学报;2002年01期-最新【精品】范文
